全基因组关联分析揭示旱雀麦对磺酰磺隆抗性的CYP450代谢与应激反应调控机制

本研究针对旱雀麦（Bromus tectorum L.）在小麦种植系统中对磺酰磺隆产生非靶标抗性的问题，通过全基因组关联分析（GWAS）揭示了与抗性相关的关键基因，包括细胞色素P450（CYP450）家族、热休克蛋白调控因子及生长素响应因子等，为理解杂草抗药性机制提供了新视角。

　　

背景：旱雀麦（Bromus tectorum L.）是美国西北内陆太平洋地区（PNW）雨养作物生产区小麦种植系统中的一种棘手杂草，现已对多种作用模式的除草剂产生抗性。为探究其对乙酰羟酸合酶/乙酰乳酸合酶（AHAS/ALS）抑制剂类除草剂的非靶标抗性机制，研究人员对123份旱雀麦种质进行了三种剂量（3.5、35和350 g ha^?1）的磺酰磺隆处理试验，并利用喷雾试验结果进行了全基因组关联分析（GWAS），以揭示其抗性背后的分子机制。

结果：分析发现，一个单核苷酸多态性（SNP）可解释高达48%的磺酰磺隆抗性表型变异，但该位点并未位于基因组中的AHAS/ALS基因附近。候选基因包括细胞色素P450（CYP450）71基因家族成员、热休克相关蛋白及其调控因子。此外，分析还揭示了激素调控因子以及参与非生物胁迫响应的基因也可能与抗性相关。

结论：研究表明，美国西北内陆太平洋地区的旱雀麦种群中存在对磺酰磺隆的非靶标抗性。一个热休克相关蛋白70调控因子和一个生长素响应因子基因位于可解释48%GWAS变异的SNP附近，表明生长素调控和应激反应通路参与了旱雀麦对磺酰磺隆的抗性。由该调控因子调控的热休克因子蛋白70在另一个显著SNP上被发现，且这两个SNP所在的基因之间存在显著的相互作用。此外，GWAS分析表明CYP450基因很可能也参与了抗性形成。

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